Erste Schritte mit dem Raspberry Pi

© Michael Rolands, Fotolia

Von null auf Pi

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Frisch ausgepackt liegt Ihr neuer Raspberry vor Ihnen auf dem Tisch – und jetzt? Wir führen Sie durch die ersten Schritte beim Zusammenbau der nötigen Komponenten und der Installation des Standard-Betriebssystems Raspbian.

README

Das Konfigurieren des RasPi-Standard-Betriebssystems Raspbian ist durchaus kein Hexenwerk: Dank des leistungsfähigen und übersichtlichen Werkzeugs Raspi-config gehen alle wichtigen Einstellungen leicht von der Hand.

Als preisgünstiges, offenes Hardware-System eröffnet der Raspberry Pi eine ganz neue Welt voller Bastelspaß. Bei einem Einstiegspreis von gut 40 Euro für das leistungsfähige Modell B mit Netzwerkanschluss, zwei USB-Ports und 512 MByte RAM (Abbildung 1) bringt der Mini-Rechner alle Fähigkeiten mit, die man braucht, um mit ihm teure Appliances wie Storage- [1], Multimedia- [2] und Druckserver [3] zu ersetzen.

Abbildung 1: Das Raspberry-Pi-Board des Modells B auf einen Blick. (Bild: Raspberry Pi Foundation)

Für viele Aufgaben im Embedded-Umfeld, wie dem Einsatz als Roboter-Gehirn [4], Wetterstation [5] oder Steuerzentrale für die Heimbrauerei [6], genügt auch die gut 10 Euro billigere, schlankere Variante Modell A mit 256 MByte RAM, nur einem USB-Port und ohne LAN-Interface. Hier erfolgt die Kommunikation mit den anzusteuernden Komponenten meist über die programmierbaren Pins der sogenannten GPIO-Schnittstelle ("General Purpose I/O").

Die Tabelle "RasPi: Spezifikationen" fasst die technischen Daten der beiden Modelle zusammen. In den Artikeln in diesem Heft setzen wir, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, stets einen Raspberry Pi Modell B Rev. 2 ein. Diese seit Herbst 2012 ausgelieferte Version des RasPi unterscheidet sich vom Vorgänger durch ein überarbeitetes Board-Layout und eine etwas andere Konfiguration der GPIO-Pins [7].

Beziehen können Sie Ihren RasPi von einer Vielzahl von Versandhändlern im Netz, wie etwa von Alternate, Reichelt oder Watterot, um nur einige prominente zu nennen. Hier finden Sie auch eine Vielzahl von Zubehör für den Mini-Rechner. Als Firmenkunde ordern Sie den Raspberry am bequemsten direkt beim deutschen Distributor Farnell element 14. Neben dem Board selbst benötigen Sie zum Betrieb noch einige weitere Komponenten, die der Kasten "Was Sie benötigen" zusammenfasst.

RasPi: Spezifikationen

 

Modell A

Modell B

SoC

Broadcom BCM2835

Broadcom BCM2835

CPU

ARM1176JZF-S mit FPU, 700 MHz

ARM1176JZF-S mit FPU, 700 MHz

GPU

Broadcom VideoCore IV, DMA, Open GL ES 2.0, hardwarebeschleunigtes OpenVG, 1080p30 H.264-Decoding, 1 Gpixel/s, 1,5 Gtexel/s, 24 GFLOPs mit Texturfilterung

Broadcom VideoCore IV, DMA, Open GL ES 2.0, hardwarebeschleunigtes OpenVG, 1080p30 H.264-Decoding, 1 Gpixel/s, 1,5 Gtexel/s, 24 GFLOPs mit Texturfilterung

Massenspeicher

Kartenleser für SD/MMC/SDIO

Kartenleser für SD/MMC/SDIO

Video

HDMI, FBAS

HDMI, FBAS

Audio

HDMI, 3,5 mm Klinke

HDMI, 3,5 mm Klinke

RAM

256 MByte

512 MByte

USB

1 USB 2.0

2 USB 2.0

LAN

ohne

10/100-BaseT-Ethernet (SMSC LAN9512)

GPIO

17 programmierbare Pins, SPI, I2C, UART, EGL

17 programmierbare Pins, SPI, I2C, UART, EGL

Leistungsaufnahme

5 V, 500 mA (2,5 W)

5 V, 700 mA (3,5 W)

Stromversorgung

Micro-USB

Micro-USB

Preis inkl. Versand (ca.) 1

31 Euro

43 Euro

1 Stand Mitte Januar 2014

Was Sie benötigen

Neben dem Raspberry Pi selbst benötigen Sie noch eine Reihe weiterer Komponenten, um das Board in Betrieb zu nehmen und anzusteuern.

Die Stromversorgung übernimmt ein RasPi-kompatibles 5V-Netzteil mit Micro-USB-Anschluss. Weder tut es hier jedes beliebige USB-Kabel, noch kommt eine Stromversorgung über einen normalen USB-Anschluss infrage: Beide vertragen die relativ hohen Leistungsanforderungen (500 mA beim RasPi Modell A, 700 mA beim Modell B) nicht. Eine Unterversorgung quittiert der RasPi konsequent mit Leistungseinbußen und mangelnder Systemstabilität.

Als Massenspeicher braucht der RasPi eine SDHC-Karte, auf die Sie das gewünschte Betriebssystem aufspielen – in der Regel die von der Raspberry-Pi-Foundation empfohlene Linux-Distribution Raspbian – und von der Sie es booten. Eine SDHC-Karte der Klasse 4 (Schreibgeschwindigkeit 4 GByte/s) mit 4 GByte Kapazität tut es so gerade eben, mit 8 GByte liegen Sie auf der sicheren Seite. Schnellere Karten der Klassen 6 bis 8 (6 bis 8 GByte/s Schreibgeschwindigkeit) verdaut der RasPi in aller Regel ebenfalls gut. Bei Class-10-Karten dagegen gibt es oft Schwierigkeiten; hier hilft nur Ausprobieren.

Zum Beschreiben der SD-Karte mit dem Betriebssystem an einem PC benötigen Sie eventuell einen entsprechenden Cardreader, falls nicht schon einer im Rechner verbaut ist. Möchten Sie das Betriebssystem lieber nicht selbst aufspielen, so erhalten Sie bei zahlreichen Anbietern fertig vorbereitete SD-Cards verschiedener Kapazitäten.

Die Bildschirmansteuerung erfolgt bei RasPi via HDMI. Besitzen Sie keinen Monitor mit entsprechendem Eingang, steht die Anschaffung eines HDMI-VGA- oder HDMI-DVI-Konverters an. Keyboard und Maus mit USB-Anschluss sollten sich heute in jedem Haushalt finden und sind ohnehin in aller Regel nur für die Erstkonfiguration des RasPi notwendig: Danach arbeitet der Minirechner in aller Regel im sogenannten Headless-Modus [11] ohne Tastatur, Maus und Monitor.

In vielen Fällen werden Sie zumindest zeitweise mehr als zwei USB-Geräte an den RasPi anschließen wollen, etwa neben Tastatur und Maus auch eine externe Festplatte und einen WLAN-Stick. Für solche Fälle rentiert sich die Anschaffung eines aktiven USB-Hubs, der zum einen die beiden Ports des RasPi elektrisch entlastet (was die Systemstabilität fördert) und zum anderen die Ausbaumöglichkeiten erweitert.

Ein Gehäuse für den Raspberry Pi ist zwar nicht zwingend notwendig, hilft aber, das Board vor mechanischen und elektrostatischen Beschädigungen zu schützen.

Einstieg in Raspbian

Möglicherweise haben Sie sich für einen reibungslosen Start bereits ein komplettes Raspberry-Pi-Kit zugelegt, samt Gehäuse, Kabeln, Stromversorgung und einer bereits mit dem Standard-RasPi-Betriebssystem Raspbian bespielten SD-Karte. Falls das so ist, können Sie diesen Abschnitt eigentlich erst einmal überspringen und weiter unten unter "Erster Systemstart" weiterlesen. Andererseits aktualisieren die Entwickler Raspbian recht häufig, sodass es keinesfalls schadet, zu wissen, wie man eine neue Version auf die SD-Card packt – schließlich wollen Sie sicher mit der aktuellsten Raspbian-Version arbeiten.

Raspbian beruht auf Debian, einer der ältesten und am weitesten verbreiteten Linux-Distributionen. Die Raspberry Pi Foundation sponsert das Projekt offiziell, und Sie können die jeweils neueste Version des Betriebssystems von der Foundation-Website herunterladen [8]. Es handelt sich um freie Software, für die keinerlei Lizenzgebühren anfallen und die Sie nach Belieben kopieren und auch an andere Personen weitergeben dürfen.

Neben Raspbian gibt es auch noch weitere Betriebssysteme für die ARM-Prozessorarchitektur, die auf dem Raspberry Pi laufen – die wichtigsten davon finden Sie auf dem Datenträger zu diesem Heft. Viele davon stammen aus der Linux-Familie, aber durchaus nicht alle. Auf jeden Fall handelt es sich bei dem von der Raspberry Pi Foundation als offizielles RasPi-Betriebssystem propagierten Raspbian um das verbreitetste und wohl auch beliebteste OS für den Mini-Rechner. Die derzeit aktuellste Raspbian-Version war zu Redaktionsschluss die Version vom 7. Januar 2014, die Sie auch auf der DVD zu diesem Heft finden.

Nach dem Herunterladen von der Heft-DVD oder der Foundation-Webseite liegt die Raspbian-Abbilddatei als ZIP-Archiv auf Ihrem PC vor. Bevor Sie die Datei auspacken, sollten Sie deren Integrität prüfen, um sich zu versichern, dass beim Herunterladen alles glatt lief und das File weder beschädigt noch mit Malware verseucht ist. Auf der Download-Seite finden Sie eine SHA-1 Checksum – diese lange Zeichenkette aus Ziffern und Buchstaben steht direkt unter den Download- und Torrent-Links für die Abbilddatei.

Um eine solche Prüfsumme auch für die heruntergeladene Datei zu erstellen, füttern Sie ein entsprechendes Prüfprogramm mit dem ZIP-Archiv, sodass es für dieses ebenfalls eine solche Prüfsumme ausspuckt. Stimmen der SHA1-Hash von der Website und die aus dem ZIP-Archiv erzeugte Prüfsumme überein, ist die Datei in Ordnung – anderenfalls steht ein erneuter Download an.

Für den Prüfvorgang unter Windows verwenden Sie das kostenlos erhältliche Kommandozeilenprogramm SHA1Sum [9]. Sowohl Linux (Listing 1, erste Zeile) als auch Mac OS X (zweite Zeile) bringen passende Werkzeuge für die Konsole bereits vorinstalliert mit.

Listing 1

 

$ sha1sum 2014-01-07-wheezy-raspbian.zip
$ openssl sha1 2013-02-09-wheezy-raspbian.zip

Installation auf der SD-Card

Nach bestandener Integritätsprüfung können Sie das ZIP-Archiv auspacken, wobei die Datei 2014-01-07-wheezy-raspbian.img entsteht. Dabei handelt es sich, wie die Dateierweiterung .img signalisiert, um ein Image, also eine Abbilddatei eines kompletten Dateisystems. Darin lagert das bereits installierte und weitgehend vorkonfigurierte Betriebssystem. Das Image direkt als Datei auf die SD-Card zu kopieren, funktioniert also in diesem Fall nicht.

Um Raspbian arbeitsfähig auf die SD-Karte zu bekommen, müssen Sie eine byteweise Kopie des Image-Inhalts auf dem Datenträger erstellen. Vorsicht: Dabei löschen Sie automatisch alles, was sich vorher an Inhalten auf dem Ziel-Datenträger befunden hat. Geben Sie als Ziel also statt der SD-Karte versehentlich ein Laufwerk oder eine Partition auf der Festplatte an, wandert deren Inhalt ins digitale Nirwana.

Unter Windows verwenden Sie zum Schreiben der Kopie auf die SD-Card das Programm Win32 Disk Imager [10], das Sie kostenlos herunterladen können. Stecken Sie die SD-Card in den Card-Reader-Slot des PCs beziehungsweise in den externen (USB-)Card-Reader und vergewissern Sie sich, welchen Laufwerksbuchstaben Windows dafür vergibt. Im Beispiel aus Abbildung 2 war es das Laufwerk H:.

Abbildung 2: Hier hat Windows der SD-Karte den Laufwerksbezeichner H: zugeordnet.

Nun lassen Sie Win32 Disk Imager eine byteweise Kopie des Raspbian-Images auf der Karte erzeugen. In der Textbox Image File steuern Sie die Datei 2014-01-07-wheezy-raspbian.img an, im Ausklappmenü Device wählen Sie den Laufwerksbezeichner des Ziellaufwerks (in unserem Beispiel also H:).

Unter Linux und Mac OS X verwenden Sie das Kommandozeilenwerkzeug dd zum Kopieren. Stecken Sie erst einmal die Karte im Card-Reader ein, und rufen Sie in einem Terminal den Befehl dmesg auf. Sie erhalten eine Ausgabe ähnlich wie in Listing 2, deren letzte Zeilen zeigen, unter welchem Gerätenamen das System die Karte erkannt hat. In unserem Beispiel ist es /dev/sdb.

Listing 2

 

$ dmesg
...
[   85.149862] sdb: sdb1 sdb2
[   85.156473] sd 6:0:0:0: [sdb] No Caching mode page present
[   85.156476] sd 6:0:0:0: [sdb] Assuming drive cache: write through
[   85.156478] sd 6:0:0:0: [sdb] Attached SCSI removable disk
[   85.824525] fuse init (API version 7.20)

Um dd verwenden zu können, müssen Sie die Karte zunächst aus dem Dateisystem aushängen. Das erledigen Sie mit dem Kommando sudo umount /dev/sdb (in unserem Beispiel). War die Karte nicht eingehängt, ist das auch kein Problem: Umount gibt dann lediglich eine kurze Fehlermeldung aus und beendet sich.

Nachdem Sie sichergestellt haben, dass die Karte ausgehängt ist, wechseln Sie in das Verzeichnis, in das Sie das Raspbian-Image entpackt haben, und beginnen mit dem Kopieren auf die SD-Card:

$ sudo dd if=2014-01-07-wheezy-raspbian.img of=/dev/sdb

Der Kopiervorgang nimmt einige Zeit in Anspruch. Während der Prozedur gibt dd jedoch keinerlei Fortschrittsmeldungen aus und meldet sich erst zum Abschluss des Kopiervorgangs wieder. Hier gilt es, Geduld zu bewahren.

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